Micro robot stampati in 3D che nuotano e si muovono come organismi viventi

Un robot che si comporta come un essere vivente, ma senza sensori. Che si sposta senza software. Che prende decisioni senza un “cervello”. È l’ultima scoperta della professoressa Daniela Kraft dell’Università di Leida (Paesi Bassi). Pubblicato di recente con il titolo “Life-like behavior emerging in active and flexible microstructures”, il lavoro di Daniela Kraft e della collega Mengshi Wei presenta una nuova classe di strutture microscopiche stampate in 3D che mostrano comportamenti sorprendentemente simili a quelli degli organismi viventi. Il tutto senza un singolo sensore, senza una riga di codice, senza un motore.

Il segreto di questo progetto risiede in una stampante 3D Nanoscribe, una macchina di fotopolimerizzazione a due fotoni in grado di operare alla scala micrometrica con estrema precisione. Grazie a questa, il team fabbrica catene flessibili composte da segmenti di appena 5 µm collegati da giunzioni di 0,5 µm. Per dare un’idea: questi componenti sono dieci volte più sottili di un capello umano. “Stampiamo in 3D al limite assoluto di ciò che è tecnicamente possibile“, sottolineano le ricercatrici.

L’ispirazione è arrivata dalla natura. Vermi, serpenti e altri organismi modificano continuamente la propria forma mentre si spostano, il che consente loro di adattarsi al terreno. Esistono già robot flessibili che sfruttano questo principio, ma riprodurlo alla scala micrometrica rappresentava una sfida: fino a oggi i micro robot erano rigidi e piccoli, oppure flessibili ma di grandi dimensioni.

Il campo elettrico come motore

La propulsione si ottiene applicando un campo elettrico alternato (CA) esterno. Una volta attivato, i segmenti della catena si propellono in modo autonomo e la flessibilità dell’insieme genera un movimento ondulatorio che ricorda immediatamente il nuoto di un microrganismo. Il team ha individuato diverse modalità di locomozione che emergono spontaneamente dall’architettura stessa del dispositivo.

L’aspetto davvero sorprendente è il meccanismo di retroazione scoperto: la forma del robot influenza il modo in cui si muove e il movimento, a sua volta, ne modifica la forma. Questa dinamica conferisce al sistema una reattività che imita l’intelligenza incorporata (embodied intelligence) degli esseri viventi. “Il micro robot percepisce come l’ambiente modifica il suo corpo e reagisce di conseguenza“, spiega Daniela Kraft. “Ciò significa che non abbiamo bisogno di elettronica microscopica per integrare capacità intelligenti.”

Questo comportamento emergente si traduce in risultati concreti. Quando il robot incontra un ostacolo, cerca automaticamente un percorso alternativo; quando due robot si incrociano, si schivano a vicenda; in ambienti densi, sono in grado di spostare gli oggetti che ne bloccano il passaggio. Le implicazioni pratiche di questo sistema riguardano direttamente il campo biomedico. La capacità di navigare in modo autonomo in ambienti complessi, come fluidi e tessuti corporei, apre la strada ad applicazioni quali la somministrazione localizzata di farmaci, procedure chirurgiche mini-invasive o nuovi strumenti diagnostici.

Il passo successivo, secondo le stesse ricercatrici, consiste nel comprendere a fondo come questo comportamento dinamico e funzionale emerga, una conoscenza che permetterà di progettare micro robot più avanzati e di gettare nuova luce sulla fisica dei micronutatori e degli organismi biologici.

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*Crediti di tutte le foto: Universiteit Leiden / Daniela Kraft